Оглавление цикла «Тушкины потроха»
И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154! Да, я знаю, что по нормам ICAO тяжёлым считается пепелац тяжелее 136 тонн, но мне кажется, что 104 тонны максимальной взлётной массы и больше полувека работы в небе дают этой машине право на исключительность.
В предыдущих частях рассмотрены передняя и средняя части фюзеляжа, крыло и вроде бы логично дальше рассмотреть хвостовую часть — но я сперва расскажу о двигателях, ибо хвост строится вокруг них, многие системы тоже растут из них. Это и система переменного тока, и гидросистема, и кондиционирование, а топливная система двигателями кончается.
Помимо трёх маршевых двигателей у Ту-154 есть вспомогательная силовая установка — ВСУ, её маленькое круглое сопло можно видеть на первом снимке — над хищным вырезом под сопло второго двигателя. Это два признака Ту-154Б. На боковом двигателе второго самолёта виден третий — два чёрных квадрата, сверху и снизу, это решётки реверса тяги. А теперь для сравнения — хвосты Ту-154М и Ту-154Б:
Сразу бросаются в глаза ковши реверса бокового двигателя и одиночество сопла среднего — ВСУ на Ту-154М установлена не над двигателем, а перед ним, поперёк фюзеляжа. Сами двигатели Д-30КУ-154 тяжелее, мощнее и экономичнее, чем стоящие на предыдущих модификациях НК-8-2У, но проигрывают в надёжности и приёмистости — способности быстро набрать тягу.
Теперь — НК-8-2У в чистом виде, спроектирован в Куйбышеве (Самаре) в КБ Кузнецова и выпущен в Казани:
Воздухозаборник и сопло закрыты — от птичек, любят эти крылатые рептилии вить в укромных местах гнёзда, кусками которых потом бьёт и гнёт лопатки... Что такое газотурбинный двигатель — можно почитать за рамками этой статьи, я же сразу перейду к делу. НК-8 и Д-30КУ — двигатели двухвальные, то есть часть дисков компрессора и турбины сидит на одном валу, часть сидит на другом, и один вал проходит внутри другого — как валы часовой и минутной стрелок в часах.
Последние ступени компрессора и первые ступени турбины называются каскадом высокого давления и сидят на внешнем валу (валу-бочке), а первые ступени компрессора, приводимые от последних ступеней турбины, сидят на внутреннем длинном валу. Между валами никакой механической связи — только газодинамическая. Но число дисков (ступеней) у НК-8 и Д-30КУ разное. А вот и сам «дэ тридцатый», проект пермского КБ Соловьёва и производство Рыбинского завода:
На фото попал двигатель без реверса, с выхлопной трубой (она так и называется по руководству) — такой на Ту-154 ставится в роли среднего, реверс есть лишь у боковых двигателей. Версии с реверсом и без реверса есть и у НК-8, и у Д-30КУ. А ещё есть версия Д-30КП с поперечно установленным реверсом и несколько повышенной мощностью — она ставится на Ил-76.
И нельзя не вспомнить просто Д-30 — это маленький двигатель, стоящий на маленькой же тушке (Ту-134). Несмотря на название, это совершенно иной по характеристкам двигатель, нежели Д-30КУ и КП. Почему тогда такая путаница? Просто Д-30КУ создавался как масштабированный, увеличенный Д-30, он схож и схемой, и конструкцией узлов. Но тем же путём на базе Д-20 создавался сам Д-30, а, скажем, на базе Д-36 — руслановский Д-18Т, а путаница с названиями только у Д-30...
А теперь подробно. Вот разрез передней части НК-8 — от воздухозаборника до средней опоры:
Эта часть называется компрессором низкого давления (КНД), приводится он через «внутренний» (длинный) вал от последних ступеней турбины. На входе в двигатель стоит ряд неподвижных лопаток — входной направляющий аппарат, ВНА, он имеет воздушный обогрев для защиты от обледенения, а ещё в центре ВНА находится передняя опора КНД — подшипник с масляным насосом и датчиком оборотов. Они закрыты обтекателем (коком).
Первые две ступени компрессора называются вентилятором, они работают на оба контура — и внутренний горячий, где воздух участвует в горении, и внешний, воздух из которого просто создаёт дополнительную тягу. Хорошо видно, что перед 3-й ступенью воздух разделяется. Ступени 3 и 3а называются подпорными. Обороты КНД на взлётном режиме — около 5400 в минуту. На малом газе на земле — около 2000 об/мин, в полёте, конечно, больше из-за авторотации (подкрутки скоростным напором).
Неподвижые (статорные) лопатки служат для направления потока на роторные под нужным углом, чтобы не было срыва потока (помпажа) и обеспечивался высокий КПД. Направляющий аппарат есть у каждой ступени — перед каждым диском ротора, кроме того, после 2-й ступени стоит статорная ступень 2а — она спрямляет поток перед разделением.
Боковые «рога» на лопатках вентилятора, которыми лопатки соприкасаются друг с другом, образуя как бы кольцо, называются бандажными полками, а хорошо различимое кольцо из полок — антивибрационным бандажом. Зачем он — догадаться несложно, так предотвращается вибрация длинных и тонких лопаток.
На среднюю опору в разрезе можно посмотреть и в двигателе НК-144, благо они с НК-8 конструктивно очень похожи. НК-144 ставился на Ту-144:
И кок, и ВНА, и большинство узлов родство двигателей выдают сразу:
Но 144-й длиннее за счёт пары дополнительных ступеней КНД и за счёт форсажной камеры. Впрочем, она почти пустая.
КНД тут не по схеме 2 + 2, как у НК-8, а 3 + 3, более мощный. В средней опоре находятся задний подшипник КНД, передний подшипник КВД и коническая передача. Вал от неё привод подвешенную к средней опоре коробку приводов:
От КНД на НК-144 приводится кое-какая автоматика, у НК-8 тоже «кое-какая» — всего лишь коробка ограничителя оборотов ОГ-8-4. Она при раскрутке КНД выше оборотов 101 % (~5450 об/мин) даёт команду на снижение подачи топлива. А вот от КВД приводятся генератор, несколько насосов, плюс через этот привод сам КВД раскручивается стартёром на запуске:
За средней опорой что у НК-8, что у НК-144 находится 6-ступенчатый компрессор высокого давления — КВД. Вернёмся к НК-8:
Обороты ротора высокого давления (турбины с компрессором) на взлётном режиме у земли — около 7000 в минуту. На большой высоте обороты несколько меньше, поскольку там воздух очень разрежён, вентилятор впустую молотит лопатками, особо не встречая сопротивления, начинает работать ОГ-8-4, срезая подачу топлива, а это отражается в первую очередь на оборотах КВД — он более нагружен на больших высотах, чем КНД.
От ресивера отбора наружу двигателя выведены несколько патрубков — с помощью него сжатый воздух от последней ступени компрессора направляется на вспомогательные нужды: обогрев, кондиционирование, привод постоянных оборотов генератора.
Кроме того, на 7-й ступени КВД установлены клапаны перепуска воздуха (КПВ) — они открыты на низких оборотах и сбрасывают давление, чтобы предотвратить перегрузку компрессора и тем самым срыв потока с лопаток (помпаж). Разделение компрессора надвое сделано с той же целью, а перед КВД ещё есть регулируемый направляющий аппарат — РНА:
Его лопатки поворачиваются как жалюзи, поворачиваются все синхронно от ведущего кольца. При запуске и малых режимах работы двигателя, когда обороты КНД ниже 43 %, РНА находится в пусковом положении — лопатки прикрыты, это даёт нужный угол натекания потока на роторные лопатки 5-й ступени и не даёт компрессору «подавиться» воздухом, который он не в состоянии сжать (уйти в помпаж). При повышении режима РНА открывается, не мешая проходу воздуха в КВД.
Клапаны перепуска — пружинные лепестковые, тоже открываются поворотом ведущего кольца, всего их по кругу 18:
Ведущее кольцо РНА поворачивается от агрегата управления АУ-8 — это довольно сложный пневмоавтомат, сравнивающий давления на компрессоре, а ведущее кольцо КПВ приводит АУП-8 — тупо гидроцилиндр, срабатывающий при подаче командного давления топлива от главного топливного насоса-регулятора (НР). В обоих агрегатах стоят микровыключатели, от которых загораются сигнальные табло в кабине — «Клапаны перепуск» при открытых КПВ и «РНА прикрыт».
НК-8 — двигатель осевой разборки, собирается как шашлык. Рабочие кольца статора друг к другу крепятся болтами, в них сидят лопатки, со стороны центра лопатки приклёпаны к лабиринтным кольцам. Надвое, как колодка гильотины, статор не разнимается, хотя есть и такие двигатели.
В дисках ротора лопатки сидят за счёт замков «ласточкин хвост», не вылетают за счёт зажатия между промежуточными кольцами. Лабиринтные кольца статора вместе с лабиринтами на промежуточных кольцах ротора образуют уплотнения, уменьшающие перетекание сжатого воздуха по валу. А чтобы воздух меньше перетекал снаружи, поверх роторных лопаток — на рабочие кольца изнутри нанесено композиционное легкосрабатываемое покрытие.
Лопатки сами «выкапывают» его на нужную глубину, когда максимально вытягиваются центробежными силами на взлётном режиме. Прямой контакт титана, из которого сделан компрессор, на таких оборотах опасен — если лопатка треснет или вытянется больше положенного, то от трения титан в атмосфере сжатого воздуха (сродни атмосфере чистого кислорода) загорается как бенгальский огонь. Двигатель как термитная шашка сгорает изнутри и сжигает окружающие части самолёта, это называется титановым пожаром и из-за этого гибли многие типы самолётов.
Сперва на двигателях стояла система тушения пожара внутри двигателя, но потушить двумя баллонами фреона титан невозможно, поэтому впоследствии система снята, на приборной доске бортинженера Ту-154Б остались заклёпанные окна от трёх кнопок тушения пожара в двигателях — в одном ряду с четырьмя кнопками тушения пожара в гондолах двигателей и ВСУ.
А титановый КВД при ремонте НК-8 заменяется стальным, двигатель получает индекс НК-8-2УР-2. Сейчас в роли второго (среднего) двигателя можно ставить только УР-2 — ибо пожар второго наиболее опасен. Если при пожаре бокового двигателя есть шанс, что отвалится только он, то при титановом пожаре среднего самолёт неминуемо погибнет. КНД не заменяется — там нет достаточного давления воздуха для начала горения.
После КВД воздух попадает в камеру сгорания, но, думаю, перед рассмотрением камеры сгорания и турбины лучше для сравнения изучить компрессор пермских моторов — они стоят на Ту-154М. О них и будет следующая статья.
Оглавление цикла «Тушкины потроха»
Другой цикл канала — «ТЭД — труженик электродвигатель»